工頻試驗變壓器工作原理解析

 工頻變壓器被大家稱為低頻變壓器,以示與開關電源用高頻變壓器有區別，工頻變壓器在過去傳統的電源中大量使用，而這些電源的穩定方式又是采用線性調節的，所以那些傳統的電源又被稱為線性電源。

  工頻一般指市電的頻率,在我國是50Hz,其他國家也有60Hz的。而可以改變這個頻率交流電的電壓的變壓器,就是叫工頻變壓器了。

工頻變壓器的原理非常簡單，理論上推導出相關計算式也不復雜,所以大家形成了看法:太簡單了，就那三、四個計算公式,沒什么可研究的.設計時只要根據那些簡單的公式,立馬成功。

　　我認為上面的認識既有可取之處,也有值得研究的地方.可取之處:根據計算式,可以很快就計算出結果,解決了問題;值得研究的地方是:你是否了解自己設計出的產品性能?設計合理嗎?設計優化過嗎?經濟性如何?

　　舉個例子吧,根據功率選鐵芯規格就是個很繁雜的問題,因為涉及的因素比較多.有些書推薦采用下面的半經驗公式去選取:

　　S = K·Sqrt（P） （1）

　　定下S后,然后進行其它的計算.這確實是一種實用的方法,但也要認識到,這也是一種簡化了的設計方法,大多數情況下存在著浪費.這種設計方法對業余愛好者來說用不著討論（只是偶爾設計一個變壓器自己用）,但對企業來說,值得討論,產品中大批量采用這種設計時,體現的是降低了經濟效益。

工頻變壓器的設計選材

從節約能源及原材料的角度，可采取以下建議：

　　1、減少銅的用量，有兩個方面可以實現，一是減少線徑這就意味著銅阻增大，銅損損耗就會增大。二是減少圈數，就會使空載電流增大，同樣空載損耗就會加大，如果變壓器長時間的處于通電待機狀態，電力資源的浪費是非常大的。每年我國因為家用電器的長期處于待機通電狀態造成的電力浪費以數十億元計。

　　2、變壓器設計時應使銅損和鐵損相等，這樣變壓器的損耗zui低，工作zui穩定，如果一個變壓器設計完后，由于為節省銅線，而采取小號的線徑和減少圈數的方法，使得鐵心窗口還有很多的空間余量，這樣就說明鐵心的尺寸選擇的過大，造成了鐵心的浪費，由于鐵心的規格大，繞線的平均周長也大，同樣會造成銅線的用量增加。根據現在的價格，鐵心的成本要高于銅線的成本。

　　所以在設計時，在保證性能滿足客戶的要求的情況下，應盡量選擇小號的鐵心，能用41的，就絕不用48的。關于空載電流，從節省待機的損耗上考慮，還是盡量低的好。

　　工頻變壓器的設計繞制

　　各種家用電器中，工頻變壓器無論是自行設計繞制，還是修復燒壞的變壓器，都涉及到部分簡單的計算，教科書上的計算公式雖然嚴謹，但實際運用時顯得復雜，不甚方便。本文介紹實用的變壓器計算的經驗公式。

　　1.鐵芯的選擇

　　根據自己需要的功率選擇合適的鐵芯是繞制變壓器的*步。如果鐵芯（硅鋼片）選用過大，將導致變壓器體積增大，成本升高，但鐵芯過小，會增大變壓器的損耗，同時帶負載能力變差。

　　為了確定鐵芯尺寸，首先要算出變壓器次級的實際消耗功率，它等于變壓器次級各繞組電壓、負載電流的乘積之和。如果是全波整流變壓器，應以變壓器次級電壓的1/2計算。次級繞組消耗功率加入變壓器本身損耗功率，即為變壓器初級視在功率。一般次級繞組功率在10w以下的變壓器，其本身損耗可達次級實際消耗功率的30～50%，其效率僅為50～70%。次級繞組功率在30W以下損耗約20～30%，50W以下損耗約15～20%，100w以下損耗約10～15%，100W以上損耗約10%以下，上述損耗參數是關于普通插片式變壓器的。如果按照R型變壓器、c型變壓器、環形變壓器的順序，損耗參數依次減小。

　　根據上述計算的變壓器初級總功率可以選定鐵芯。鐵芯面積S=a×b（cm2）.如附圖所示。變壓器視在功率與s的關系用下述經驗公式選用：s=K√P1

　　P1為變壓器初級總視在功率，單位為：VA（伏安），s為應選鐵芯截面積，K為一系數，隨變壓器Pl大小不同選用不同的值。同時考慮到硅鋼片之間的絕緣漆、空隙的影響，K與P1關系為：

　　P1 K值

　　10VA以下 2～2.2

　　50VA以下 2～1.5

　　lOOVA以下 1.5～1.4

　　2.每伏匝數計算

　　選定鐵芯s以后。再確定每伏匝數，以使繞制的變壓器有臺理的激磁電流。常用的經驗公式為：N=（40～55）/S，N為每伏匝數。

　　根據不同質量的硅鋼片選取系數40～55。比較的高硅鋼，用眼觀察表面有鱗片結晶.且極脆，只彎折1～2次即斷裂，斷處參差不齊，系數取為40。若硅鋼片表面光潔，彎折4～5次仍不易斷，斷面為整齊直線，系數取50以上。

　　求出每伏匝數后乘以220V即為初級匝數，乘以次級要求電壓數即為次級各繞組匝數。因為導線有電阻，電流流過時會有電壓降，求出的次級匝數應增加5～lO%（根據負載電流選擇，電流大者可增加較大比例）。

　　3.導線直徑的選擇

　　根據各繞組負載電流的大小，選擇不同直徑的漆包線。可用下列經驗公式求出：

　　d=O.8√I，

　　單位：l--A.d（導線直徑）--mm。

　　4.繞制方法及注意事項

　　由于現在的漆包線絕緣強度大幅度提高，因此對50W以下的小功率變壓器大多采用阻燃塑料骨架疊繞法，但必須選用高強度漆包線，且繞制時仍應逐圈排線，嚴禁大幅度斜跨，以免增大導線間電位差。

　　對50W以上的變壓器，由于每伏匝數減少，導線間電壓差較高，采取每層墊絕緣紙（O.05mm厚的電纜紙、牛皮紙）的方法，在繞制中應避免上層導線滑入下層。各繞組間絕緣應視繞組電壓決定。初次級之間應墊4層以上0.1mm的電纜紙，忌用不干膠膠帶。上述疊繞法的小功率變壓器，如果次級有兩組以上繞組，每組之間也應用兩層電纜紙絕緣。如果變壓器是用在音響或視聽器材中.在多層繞制法中初次級之間應墊入靜電屏蔽層。

　　繞好后.插硅鋼片也需注意、必須插緊，以避免產生電磁噪音。無論雙E形還是EI形，其端口要緊密接觸.宜交叉插，不能有空隙。zui后的4～5片可從中間插入，以免損壞線包。然后進行烘干、浸漆。對50W以下的變壓器可采取內熱法烘干。方法是：將變壓器所有次級繞組短路，與60～100W/220V燈泡串聯接入市電，使其自動升溫。燈泡越大溫度越高，但在密閉狀態下，使其溫度在80度以下較安全。

　　工頻變壓器與高頻變壓器的區別

　　1、磁性材料的差別:

　　工頻變壓器采用硅鋼片作為磁芯材料的;高頻變壓器是采用鐵氧體磁芯材料。

　　2、工作頻率的差別：

　　工頻變壓器的工作頻率一般是指50HZ貨60HZ的電源頻率;高頻變壓器的工作頻率一般都在1KHZ以上，甚至幾十KHZ或者上百KHZ，應用范圍不同頻率也不一樣。

　　3、應用方面：

　　工頻變壓器一般多用于將220V或者110V工頻高壓變換成工頻低壓，供小家電的電路板供電使用（如豆漿機、抽油煙機、音響等等，應用范圍比較廣泛;高頻變壓器用途就廣泛了（如;手機充電器，電子鎮流器，開關電源，彩電電源，電腦電源，液晶驅動及電源等等許多場合都有使用）。